DE2822880C2

DE2822880C2 - Bipolare Transistor-Schalteranordnung

Info

Publication number: DE2822880C2
Application number: DE2822880A
Authority: DE
Inventors: Herbert Anton Boulder Col. Schneider
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1977-05-31
Filing date: 1978-05-26
Publication date: 1982-09-30
Also published as: DE2822880A1; BE867465A; GB1602304A; JPS53148903A; CH632616A5; IT1095845B; SE424494B; SE7805882L; JPS593896B2; CA1101942A; FR2393499B1; FR2393499A1; NL7805874A; US4107474A; IT7823887A0; ES470362A1

Description

Die Erfindung betrifft eine bipolare Transistor-Schalteranordnung mit einem Paar von Eingangsanschlüssen und einem Paar von Ausgangsanschlüssen, einem bipolaren PNP-Transistor mit einem Emitter-,

Basis- und einem KollektoranschluQ, dessen Emitter mit einem der beiden Eingangsanschlüsse und dessen Kollektor über eine Diode mit einem der beiden Ausgangsanschlüsse verbunden ist, einem bipolaren NPN-Transistor mit einem Emitter-, Basis- und einem KollektoranschluB, dessen Emitter mit den anderen der beiden Eingangsanschlüsse und dessen Kollektor über eine Diode mit dem anderen der beiden Eingangsanschlüsse verbunden ist, und init einer Steuerschaltung, die auf ein Schaltersteuersignal zur Aktivierung der Transistoren anspricht.

In Nachrichtenübertragungsanlagen sind sogenannte Kreuzpunkte vorhanden, die zwischen Vertikal- und Horizontalverbindungen geschaltet sind. In solchen Kreuzpunkten werden beispielsweise bipolare Transistoren eingesetzt, an die besondere Anforderungen zu stellen sind, die von den bisher bekannten Schaltungen nicht erfüllt werden. Im Sättigungsbereich arbeitende bipolare Transistoren kommen einer idealen Kreuzpunktcharakteristik am nächsten, da sie im Einschaltzustand einen niedrigen Kreuzpunktwiderstand aufweisen, große Ströme führen und hohe Leitiingsspannungen aushalten können, wobei der Kreuzpunkt direkt aus den Nachrichtenadern gespeist werden soll. Zur Aulrechterhaltung des Sättigungsbetriebs sind jedoch große Steuerströme für die Transistoren notwendig, die zu Störgeräuschen in den Nachrichtenleitungen, einer Unsymmetrie zwischen den Leitungen und zu erhöhtem Leistungsverbrauch führen. Zusätzlich zu diesem Steuerproblemen kommt erschwerend hinzu, daß bipolare Transistoren in unerwünschter Weise In ihrer gegenseitigen Abhängigkeit empfindlich gegenüber Veränderungen sind, die am anderen Knotenpunkt des gleichen Transistors auftreten. Zur Vermeidung dieses Nachteils sind Hilfsschaltungen notwendig.

Eine bekannte Kreuzpunktanordnung (US-PS 35 50 088) besteht aus zwei bipolaren komplementären Transistoren, die in Serie zu den Nachrichtenadern liegen und im Sättigungsbereich arbeiten. Die Basen der Transistoren sind über eine Feldeffekttransistor-Steuerschaltung miteinander verbunden, so daß der Kreuzpunkt direkt aus den Nachrichtenadern gespeist wird und in der Lage ist einen Schleifenstrom zu führen. Ansonsten arbeiten die in den bekannten Kreuzpunkten vorhandenen bipolaren Transistoren völlig ungeschützt. Der Kreuzpunkt arbeitet nur in einer Richtung, und es besteht eine direkte Verbindung zwischen dem Kreuzpunkt selbst und der Steuerlogikschaitung. Somit ist auch das bereits angesprochene Problem der gegenseitigen Empfindlichkeit bipolarer Transistoren nicht gelöst.

Zusammengefaßt sind ?n einen Kreuzpunkt folgende Forderungen zu stellen: Schutz gegen Überspannungen, Umkehr de VersorgungssDannung, sichere Abschaltung des Kreuzpunktes, gegenseitige Beeinflussung zwischen Kreuzpunkten und deren Steuerschaltung, Parallelbetrieb von Kreuzpunkten in einem Schaltnetzwerk sowie bei Kreuzpunkten mit bipolaren Transistoren, deren Unempfindlichkeit gegenüber der am anderen Knotenpunkt des gleichen Transistors auftretenden Änderungen. Bisher ist kein Kreuzpunkt bekannt, der diese Forderungen sämtlich und gleichzeitig erfüllt.

Der eingangs definierte bipolare Transistorschalter (DE-AS 12 97 663) dient dazu, einen Strompfad, der zwischen einer Spannungsquelle und einem Verbraucher liegt, praktisch stromlos zu machen. Bei Verwendung komplementärzr Transistoren wird dies im wesentlichen dadurch nrzielt, daß die Ernitter-Kollektor-Strecke des einen Transistors über einen Kollektorwidersland parallel zu der Spannungsquelle angeordnet ist und der zweite Transistor mit seiner Basis über einen Basiswiderstand mit dem Emitter des ersten Transistors verbunden ist, wobei die Ansteuerung des Transistorschafters über die Basis des ersten Transistors erfolgt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorgenannte bipolare Transistor-Schalteranordnung derart weiterzubilden, daß sie als Kreuzpunkt eines

ίο Nachrichtensystems aus den Nachrichtenadern mit Strom versorgt wird, zwischen Kreuzpunktelementen und zugeordneten Steuerschaltungen eine galvanische Trennung aufweist, unempfindlich ist gegenüber Polarität und Größe der zugeführten Spannungen und Ströme und eine Zweirichtungsübertragung auf den Nachrichtenadern erlaubt.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß Schutzschaltungen zwischen der Steuerschaltung und den Basisanschlüssen der Transistoren, zwischen der Steuerschaltung und den Emitteranschlüssen der Transistoren und zwischen jedem der Ausgangsanschlüsse und den Kollekto' :n der Transistoren zum Schutz der Transistoren angeschlossen sind, und zwar zum Schutz gegen jegliche Überspannungen, die an den Ein- und Ausgangsanschlüssen des Transistor-Kreuzpunktes auftreten, wenn sich die Transistoren im Aus-Zustand befinden und zur Herbeiführung einer niedrigen Vorwärtsimpedanz parallel zu den Transistoren, wenn sich diese im Ein-Zustand befinden.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Der Kreuzpunkt besteht aus einem Paar komplementärer bipolarer Transistoren, wobei jeder Transistor in Serie zu einem der beiden Nachrichtenadern liegt. Jeder der komplementären Transistoren ist für sich mit aus Dioden und Transistoren bestehenden Schutz- und Steuereinrichtungen umgeben bzw. versehen, so daß ein schwimmender Kreuzpunkt entsteht, wobei nicht nur

ein Schutz gegen Überspannungen sondern auch eine sichere Abschaltung des Kreuzpunktes gewährleistet ist. Zusätzlich sind die Schutz- und Steuerschaltungen so ausgelegt, daß keine externe Stromversorgung erforderlich ist. Die Stromversorgung erfolgt vielmehr ausschließlich über die Nachrichtenadern selbst. Schließlich besteht ein weiterer Vorteil der bipolaren Transistor-Schalteranordnung darin, dab sie als integrierte Schaltung ausgeführt werden kann.

Durch Verwendung opto-elektronischer Bauelemente, wie sie beispielsweise aus der DE-OS 2217861 bekannt sind, kann man eine totale galvanische Trennung zwischen dem Kreuzpunktelement und externen Steuerschaltungen erzielen. Man erhält dann einen vollständig »schwimmenden« Kreuzpunkt.

Zu erwähnen ist auch, daß die Kreuzpunktanordnung auch innerhalb eines Zweiweg-Schaltneizwerkes angeordnet werden kam

Nachstehend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt

Fig. 1 ein das Prinzip der Erfindung erläuterndes Blockschaltbild;

Fig,2 ein als Blockschaltbild dargestelltes Ausführungsbeispiel;
Fig.3 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig.4 eine typische Kreuzpunkt-Steueranordnung; Fig.5 eine Kreu/.punki-Konfiguration für eine bilaterale Übertragung; und

F i g. 6 cine Statusaussage für ,;· und b-Aucr. Das Blockschaltbild von Tig. 1 enthält das Prinzip einer erfindungsgemäßen Kreu/.punktanordnung. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist hier ein vollständiges Schaltnetzwerk, wie beispielsweise eine Matrix mit Vertikal- und Horizontalverbindungcn nicht dargestellt worden. Stattdessen beschränkt sich die Darstellung auf einen einzigen Kreuzpunkt 106, der hier zwischen einer Amtsleitung 104 und einem Fernsprechgerät, oder sonst zwischen die nicht dargestellte Vertikalverbindung und in die ebenfalls nicht dargestellte Horizontalverbindung zwischengeschaltet ist.

Der hier dargestellte Kreuzpunkt 106 ist linksseitig in der Zeichnung an eine aus a- und i>-Ader bestehende Amtsleitung 104 bzw. die nicht dargestellte Vertikalver- π bindung, und in der Zeichnung rechtsseitig an eine aus den Adern a'und b' bestehende Fernsprechgerät-An Schlußleitung 105 oder sonst an die nicht dargestellte Horizontalverbindung des Schaltnetzwerkes angeschlossen. Der Schaltnetzwerk-Kreuzpunkt selbst besteht aus einem Paar bipolarer komplementärer Transistoren 100 und 101, jeder von ihnen angeschlossen an je eine Schutz- und Steuerschaltung 102 bzw. 103. Diese Schutz- und Steuerschaltungen verwandeln das Paar bipolarer Komplementärtransistoren 100, 101 in ein »schwimmendes« Kreuzpunktpaar, welches einen Einweg-Übertragungspfad zwischen der Amtsleitung und dem Fernsprechgerät bildet.

Sobald die Überwachungs-Gleichspannung auf der Amtsleitung 104 steht und der Kreuzpunkt 106 m eingeschaltet ist, fließt ein gerichteter Strom durch den Kreuzpunkt. Wenn die a-Ader der Amtsleitung 104 negative und die ö-Ader positive Spannung führt, dann fließt Gleichstrom von der Amtsader b durch den Kreuzpunkt-Transistor 100 zur Anschlußader b' durch das Fernsprechgerät hindurch und zurück von der Anschlußader a'durch den anderen Kreuzpunkt-Transistor 101 zur Amtsader a zurück. Der Kreuzpunkt in Fig. 1 bildet also einen Einweg-Strompfad von der Amtsleitung über seine bipolaren komplementären -to Transistoren zum Fernsprechgerät.

Fig. 2 zeigt weitere Einzelheiten der Schutz- und Steuerschaltungen 102 und 103 in Form eines Blockschaltbilds. Beide Schutz- und Steuerschaltungen enthalten verschiedene Schutz- und Steuereinrichtungen, die als Puffer wirken und die zugeordneten bipolaren Transistoren zu einem gegenüber Spannung und Strom unempfindlichen Kontakt des schwimmenden Kreuzpunktes machen. Zur Schutz- und Steuerschaltung 102 des bipolaren Transistors 100 gehören Elemente 200, 201, 202 und 203 Das Element 200 ist eine den Ein-/Aus-Status des Kreuzpunktes regulierende Steuerschaltung, die ihrerseits mittels eines durch eine Kreuzpunktsteuerschaltung (nicht dargestellt) gelieferten Kreuzpunkt-Steuersignals gesteuert wird. Element 202 ist eine Schutzschaltung gegen Spannungen entgegengesetzter Polarität an den 6-Adern. Element

201 enthält impedanz- und stromreduzierende Glieder als Ausgleich für Effekte seitens der Schutzschaltung gegen Spannungen entgegengesetzter Polarität auf die Vorwärts-Impedanzcharakteristik des Transistors 100. Das Element 203 enthält Schaltungselemente für eine Sicherheitsabschaltung und zum Schutz vor Leckstrom; durch diese Schaltungsmittel wird der Kollektorleckstrom zwecks sicherer Abschaltung des Kreuzpunktes reduziert und ferner ein Schutz gegen Spannungen entgegengesetzter Polarität für die Basis-Emitterstrecke gewährt Das Element 200 sowie die zusätzlichen Kiemente 204, 205 und 206 in der anderen Schutz- und .Steuerschaltung 103 wirken in ähnlicher Weise in bezug auf den anderen Transistor 101 sowie die zugeordneten a-Adcrn.

Die Schutz- und Steuerschaltung 102 schützt den Kreuzpunkt-Transistor 100 vor möglichen Überspannungen auf den Leitungspaaren 104 und 105. Der Kreuzpunkt-Transistor 100 erhält nur die normalen Durchschalt- und Kommunikationssignale, während der Kreuzpunkt als Ganzes vor Spannungen entgegengesetzter Polarität und Überspannungen geschützt ist. ohne daß eine Kopplung zwischen den Transistor-Knotenpunkten oder merkliche Leckströme auftreten. Ein weiterer Vorteil ist. daß die Steuerschaltung 200 den Kreuzpunkt ohne externe Stromversorgung betreibt, indem die Basisanschlüsse der Kreuzpunkt-Transistoren 100 und 101 über die Impedanzreduktionsschaltungen 201 und 204 miteinander verbunden sind. Diese Verbindung läßt einen Steuer- bzw. Vorspannungsstrom von der Amtsader b durch den Transistor 100. die Steuerschaltung 200, den anderen Kreuzpunkt-Transistor 101 und schließlich zur Amtsader α fließen.

Somit erhalten die Kreuzpunkt-Transistoren ihren Steuerstrom direkt aus den Übertragungsleitungen, externe Stromquellen sind überflüssig. Diese Maßnahme sichert einen ausgeglichenen Kreuzpunktbetrieb, da mit den) gleichen Durchschalt- bzw. Vorspannungsstrom bcHe Kreuzpunkt-Transistoren betrieben werden; dadurch ist sichergestellt, daß der Arbeitspunkt beider Transistoren identisch ist. Somit wirken die Schutz- und Steuerschaltungen 102 und 103 als Puffer zwischen den empfindlichen Kreuzpunkt-Transistoren 100 und 101 und den Übertragungsleitungen 104 und 105. Damit wird ein Kreuzpunkt geschaffen, der unempfindlich ist sowohl gegenüber der Größe als auch der Polarität der zugeführten Spannungen und Ströme, während er außerdem ausschließlich von den Kommunikationsleitungen mit Energie versorgt wird. Der Kreuzpunkt besitzt ideale Kreuzpunktcharakteristiken: Einen niedrigen Kreuzpunkt-Durchschaltwiderstand. die Fähigkeit zum Durchlaß großer Ströme. Widerstandsfähigkeit gegenüber hohen Spannungen, vollständige galvanische Trennung zwischen Kreuzpunkt und Steuerschaltung, Unabhängigkeit von externen Stromquellen und eine hochgradige Unempfindlichkeit gegenüber Veränderungen am anderen Knoten- oder Bezugspunkt des gleichen Transistors zwischen Eingang, Ausgang und Steueranschluß im abgeschalteten Zustand.

F i g. 3 zeigt das Zusammenwirken der verschiedenen Elemente des mit bipolaren Komplementärtransist'" ~en ausgerüsteten »schwimmenden« Einweg-Kreuzpunktes; die verschiedenen Elemente der Schutz- und Steuerschaltungen in F i g. 3 entsprechen denen von F i g. 2. Ferner sei angenommen, daß in F i g. 2 und 3 die gleichen Anruf-Bedingungen für den Kreuzpunkt herrschen, d. h, auf der Amtsleitung 104 liegt die normale Betriebsgleichspannung, Ader a ist negativ und Ader b positiv. Ferner ist ein nicht dargestelltes Fernsprechgerät an die hier mit a'und b'bezeichneten Adem der Anschlußleitung 105 angeklemmt

Steuerschaltung 200

Zwei darin enthaltene Fototransistoren 305 und 308 sprechen auf Signale an, die von in einer nicht dargestellten Kreuzpunkt-Steuerschaitung entnaitenen Leuchtdioden abgegeben werden. Dieser Vorgang wird nachstehend separat in Verbindung mit F i g. 4 bespro-

chen werden. Bei aktivierter zugeordneter Leuchtdiode der KreuzpunktStcuerschaltung ist der Fototransistor 308 durchgeschaltet und der Fototransistor 305 gesperrt und der Kreuzpunkt eingeschaltet, während die umgekehrte Situation den Kreuzpunkt abgeschaltet ·, hält. Wenn also die Gleichstromvorspannung am Amtsleitungspaar 104 anliegt, leiten die Komplementärtransistor^n 100 und 101 den Kreuzpunktstrom nur dann, wenn die Steuer-Leuchtdiode für den Fototransistor 305 nicht aktiviert und somit dieser im Sperrzu- m stand ist und die Steuer-Leuchtdiode für den anderen Fototransistor 308 aktiviert ist und diesem daher im durchgeschalteten Zustand hält. Zur weiteren Erläuterung der Steueranordnung sei angenommen, der Kreuzpunkt befinde sich im abgeschalteten Zustand. ι

Kreuzpunkt ist abgeschaltet

Zum Abschalten wird Fototransistor 308 gesperrt und Fototransistor 305 durchgeschaite' letzt sperrt der Fototransistor 308 den Vorstrom zwischen den Basen .·ι, der Kreuzpunkt-Transistoren 100 und 101, sie sind gesperrt. An sich wäre der Kollektorleckstrom (/?/< ₍>) in beiden Transistoren nicht zu vernachlässigen, wenn die Emitter-Basis-Strecken ungeschützt wären und die Basen der Transistoren 313 und 323 sich auf einem y, schwimmenden Potential gegenüber einer festen Spannung befinden. Zum Schutz davor enthalten die Schutz- und Steuerschaltungen 102 und 103 Sperr- und Leckschutzschaltungen 203 und 206.

Sperr- und Leckschutzschaltungen 203,206

Darin enthaltene Dioden 312 und 322 schützen die Emitter-Basisstrecken beider Kreuzpunkt-Transistoren

100, 101 sowie die Transistoren der Impedanzreduktionsschaltungen 201 und 204 gegen hohe Rückwärts- r. Spannungen, weil gegenpoligen Spannungen auf diesen Emitter-Basisstrecken eine niedrige Impedanz vorfinden.

Schutztransistoren 310, 311, 320 und 321 sorgen für sicheres Sperren der Kreuzpunkt-Transistoren 100 bzw. w

101, weil sie im aktivierten Zustand einen effektiven Kurzschluß über die Emitter-Basisstrerken der Kreuzpunkt-Transistoren 100 und 101 aufbauen und dadurch die Kollektor-Leckstromeffekte unterdrücken. Diese die Abschaltung sicherstellenden Transistoren werden 4i aktiviert bei durchgeschaltetem Fototransistor 305, und zwar in ähnlicher Weise wie bei der Ansteueranordnung der Kreuzpunkt-Transistoren selbst. Es fließt Strom von der Amtsader b durch die Emitter-Basisstrecke des Transistors 311 der Schutzschaltung 203, dann durch die so Diode 301, den Fototransistor 305, die Diode 304 der Steuerschaltung 200 und schließlich durch die Basis-Emitterstrecke des Transistors 320 der Schutzschaltung 206 zur Amtsader a. Dieser Vorspannungsstrom sättigt die Schutztransistoren 311 und 320, die dadurch die Basis-Emitterstrecken der Transistoren 100, 101 sowie der Impedanz-Reduktionstransistoren 313 und 323 kurzschließen.

Dioden 301 bis 304 der Steuerschaltung 200 bilden eine Brückenschaltung zur Versorgung des Fototransistors 305 mit Einwegstrom, und zwar unabhängig von der Polarität der auf dem Amtsleitungspaar 104 anliegenden Spannung. Wenn also eine Spannung entgegengesetzter Polarität auf dem Amtsleitungspaar 104 liegen würde während sich der Kreuzpunkt im abgeschatteten Zustand befindet, dann bekämen die Transistoren 321 und 310 Vorspannstrom, der durch die Diode 303. den Fototransistor 305 und die Diode 302 fließen würde. Dieser Strom würde außerdem die .Schutztransistoren 310 und 321 sättigen und auf diese Weise die Basis-Emitterstrecken der Kreuzpunkt-Transistoren 100 und 101 kurzschließen. Auf diese Weise werden sie gegen Spannung entgegengesetzter Polarität auf dem Amtsleitungs-Adernpaar 104 geschützt.

Die Basis-Emitterstrecken der Kreuzpin.kt-Transistoren 100 und 101 sind also von den Dioden 312, 322 der Schutzschaltungen 203, 206 gegen Spannungen entgegengesetzter Polarität geschützt, wenn sich der Kreuzpunkt am eingeschalteten Zustand befindet, da die Schulztransistoren 310 und 321 nur dann aktiviert werden, wenn der Kreuzpunkt abgeschaltet ist. Außerdem bilden die Schutzschaltungen 203, 206. unter der Steuerung des Fototransistors 305, einen Kurzschlußpfad über die Basis-F.mitterstrecken der Kreuzpunkt-Transistoren 100 und 101 und verhindern so das Auftreten jeglicher Sperrzustands-Kollektoi-Leckströme. Die Basis-Emitter-Kurzschlüsse in Verbindung mit dem Abschalten der Steuerstrome durch Fototransistor 308 garantieren, daß der Kreuzpunkt einen offenen Schaltkreis zwischen den Übertragungsaderpaaren 104 und 105 bildet.

Kreuzpunkt-Einschaltzustand

Vor dem Einschalten des Kreuzpunktes müssen die zuvor beschriebenen Basis-Emitterkurzschlüsse gesperrt und den Kreuzpunkt-Transistoren 100 und 101 Einschaltströme zugeführt werden. Das geschieht, indem von der Kreuzpunkt-Steuerschaltung ein Kreuzpunkt-Steuersignal zugeführt wird, welches den Fototransistor 308 der Steuerschaltung 200 durchschaltet und den anderen Fototransistor 305 sperrt. Fototransistor 305 entzieht den Schutztransistoren 310, 321/311, 320 den Steuerstrom, diese werden somit gesperrt, und da durch sind die Kurzschlußpfade von den Basis-Emitter-Strecken der Kreuzpunkt-Transistoren 100 und 101 ebenfalls gesper/t.

Der Fototransistor 308 baut zwischen den Basen der Kreuzpunkt-Transistoren 100 und 101 einen Gleichstrompfad auf. und weil es sich hier um komplementäre bipolare Transistoren handelt, deren Emitteranschlüssen eine Gleichstrom-Vorspannung zugeführt wird, fließt dieser Vorspanngleichstrom von der 6-Ader durch die Emitter-Basisstrecke des Transistors 100, weiter durch die Emitter-Basisstrecke des Transistors 313, durch die Diode 306 und den aktivierten Fototransistor 308, dann durch die Basis-Emitterstrecke von Transistor 323 und schließlich durch die Basis-Emitterstrecke des Kreuzpunkt-Transistors 101 zur Ader a. Somit fließt exakt der gleiche Steuerstrom durch beide Kreuzpunkt-Transistoren 100 und 101, sie werden identisch angesteuert. Das Vorhandensein dieser identischen Steuerströme an beiden Kreuzpunkt-Transistoren bietet die Gewähr für einen ausgeglichenen Kreuzpunktbetrieb. Außerdem wird dieser Steuerstrom vollständig den Übertragungsleitungen entnommen und nicht einer externen Stromquelle; damit ist die Trennung des Kreuzpunktes von anderen Kreuzpunkten des Schaltnetzwerkes sichergestellt.

Die Dioden 306 und 307 der Steuerschaltung 200 haben die Aufgabe, den Fototransistor 308 vor Spannungen umgekehrter Polarität zu schützen. Die Diode 306 läßt einen Einwegstrom durch den Fototransistor fließen und sperrt dabei jegliche gegenpoligen Spannungen, die über den Fototransistor 308 auf Leitungen 209 und 210 auftreten könnten. Diode 307 liegt parallel zum Fototransistor 308 und bildet in der

Gegenrichtung eine niedrige Impedanz parallel /um Fototransistor 308, so daß jegliche an den Leitungen 209 und 210 auftretenden Spannungen umgekehrter Polarität Fototransistor 308 gelangen können, sondern voll von der Diode 306 zurückgehalten werden.

Sch'.itzschaltungen 202,205 gegen Ströme
entgegengesetzter Polarität

Das Aufschauen des zuvor erwähnten Steuer-Gleichstromes auf die Kreuzpunkt-Transistoren 100 und 101 schaltet diese durch, so daß ein Einweg-Emitter-Kollcktorstmmpfad einerseits /wischen den Adern b und b' und andererseits zwischen den Adern a und <?'gebildet wird. Die Schutzschalmngen 202 und 205 innerhalb der Schutz- und Steuerschaltungcn 102 und 103 liegen in Serie mit jeweils einem der Kreuzpunkt-Transistoren 100 und 101; diese Schutzschaltungen enthalten jeweils eine Diode 315 bzw. 325. Diese Dioden 315 und 325 verhindern jeglichen Strom umgekehrter Polarität über ^ r%l!f»L· Inr. Fm 11 lo

s i .Tr

sistoren 100 und 101.

Impedanzreduktionsschaltungen 201,204

Die Schutzschaltungen 202 und 205 gegen Ströme entgegengesetzter Polarität der Schutz- und Steuerschaltungen 102 und 103 bilden zusätzliche Serienimpedanzen in den Übertragungspfaden. Die diesem Effekt entgegenwirkenden Impedanzredukiionsschaltungen 201 und 204 enthalten je eine Serienschaltung aus einem Transistor 313 und einer Diode 314 bzw. 323 und 324; diese Serienschaltungen liegen jeweils zwischen dem Basis des zugehörigen Kreuzpunkt-Transistors und der zugeordneten Kommunikationsader 6'bzw. a'. Diese Impedanz-Reduktionsschaltungen liegen parallel zum Kreuzpunkt-Transistor und zur Schutzschaltung gegen Ströme entgegengesetzter Polarität, und sie reduzieren die Durchlaßimpedanz des Kreuzpunktes.

Befindet sich der Kreuzpunkt im ausgeschalteten Zustand, dann verhindern die Schutz- und Steuerschaltungen das Auftreten von Leckströmen und schützen die bipolaren Kreuzpunkt-Transistoren 100 und 101 vor Überspannungen. Dieser Überspannungsschutz der genannten Schaltungen besteht auch im abgeschalteten Zustand des Kreuzpunktes, außer der Bereitstellung der erforderlichen Vorspannströme für die Kreuzpunkt-Transistoren 100 und 101. Da Kreuzpunkt-Steuersignal besteht aus Lichtsignalen, und diese bilden einen Einweg-Signalpfad bei vollständiger galvanischer Trennung. Somit tragen die Schutz- und Steuerschaltung mit zur Bildung eines »schwimmenden« Kreuzpunktes bei, der gegenüber Größe und Polarität der zugeführten Spannungen und Ströme unempfindlich ist und dem Übertragungspfad im eingeschalteten Zustand eine niedrige, und im ausgeschalteten Zustand eine hohe Impedanz verleiht.

F i g. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer zur Steuerung des Einschalt'/Ausschalt-Zustandes des mit bipolaren komplementären Transistoren bestückten Kreuzpunktes von Fig. 3 geeigneten Kreuzpunkt-Steuerschaltung, die ausgerüstet ist mit einer Standard-Flip-Flop-Anofdnung, in der die Transistoren 403 und 404 in Abhängigkeit von auf Leitungen OP und OP auftretenden Impulssignaien jeweils einen von zwei komplementären stabilen Zuständen einnehmen. Wenn Leitung OP ein hohes Signal führt, dann ist Transistor 403 durchgeschaltet und Transistor 404 gesperrt, weil die komplementäre Leitung OP dann ein niedriges Signal führt. Werden die Steuersignale von den Leitungen OP und OP weggenommen, dann behalten die Transistoren ihren jeweiligen Einschalt- bzw. Ausschaltzustand aufgrund von Rückkopplungs-Signalen, die vom Kollektor jedes Transistors zur Basis des jeweils anderen Transistors geleitet werden. Der Einschult- bzw. Ausschaltzustand der Transistoren 403 und 404 verursacht dementsprechend einen Einschaltbzw. Ausschaltzustand bei einer zugeordneten Leuchtdiode 405 bzw. 406. Beim vorliegenden Beispiel ist Transistor 403 durchgeschaltet, es fließt daher ein Strom von der mit + V bezeichneten Stromquelle durch einen Widerstand 401, die Leuchtdiode 405 und die Kollektor-Emitter-Strecke vom Transistor 403 zum Masseanschluß. Die Leuchtdiode 405 hat jeweils den gleichen Schaltzustand wie Transistor 403. Ähnlich verhält es sich bei der Leuchtdiode 406 und dem Transistor 404.

Die Steuerung des Kreuzpunktes erfolgt durc* Kopplung der die Kreuzpunkt-Steuersignale bildenden Leichtausgänge der Leuchtdioden 405 und 406 mit den Ba-.cn der K.rcu7"urikt Fctciran'.is'.cre:; 305 und 308. Wenn z. B. die Leuchtdiode 405 ausgeschaltet ist. ist auch der Fototransistor 305 abgeschaltet, der wiederum die Leckstromschutzschaltungen 203 und 206 abschaltet. Sind die letztgenannten Schaltungen 203 und 206 abgeschaltet, dann entfällt der über die Basis-Emittei-Strecken der Kreuzpunkt-Transistoren 100 und 101 gelegte Kurzschlußpfad. Das Licht der in Betrieb befindlichen Diode 406 fallt auf die Basis von Fototransistor 308. dieser wird durchgeschaltet und versorgt den Kreuzpunkt mit Steuerstrom. Somit wird der Kreuzpunkt eingeschaltet, wobei Gleich-Steuerspannung am Emitter beider Kreuzpunkt-Transistoren 100 und 101 auftritt und Vorspann-Gleichstrom durch die Basis-Emitter-Strccken beider Kreuzpunkt-Transistoren fließt.

Eine Vertauschung der Einschalt-Ausschaltzustände der Kreuzpunkt-Steuertransistoren 403 und 404 führt zum Ausschalten des Kreuzpunktes durch Sperren von Kreuzpunkt-Fototransistor 308 und Einschalten von Kreuzpunkt-Fototransistor 305. Dabei entfällt der zuvor von Fofotransistor 308 gelieferte Steuer-Gleichstrom, und ferner aktiviert Fototransistor 305 die Schutzschaltungen 203 und 206. Letztere gewährleisten den Ausschaltzustand des Kreuzpunktes, indem sie einen Kurzschlußpfad über die Basis-Emitter-Strecken der Kreuzpunkt-Transistoren 100 und 101 legen.

Auf diese Weise steuern die Kreuzpunkt-Steuerschaltungen die Einschalt-Ausschalt-Zustände ihrer zugeordneten bipolaren komplementären Kreuzpunkt-Transistoren unter Vermeidung einer galvanischen Verbindung zwischen beiden Schaltkreisen. Die Leuchtdiode-Fototransistor-Kombination bietet einen einwandfreien Einweg-Signalfluß, mit einer praktisch unendlich großen Impedanz für Signale in der Gegenrichtung. Somit ist die Kreuzpunkt-Steuerschaltung vollständig unabhängig von und unempfindlich gegenüber Spannungen und Strömen, die an Kreuzpunkt-Anschlüssen auftreten. Somit kann man den Kreuzpunkt als »schwimmend« bezüglich der Kreuzpunkt-Steuerschaltung und deren zugehörigen Spannungen bezeichnen.

Fig.5 zeigt eine schematische Darstellung einer Kreuzpunkt-Konfiguration für eine bilaterale Gleichstromübertragung. Jedes in Fig.5 mit 500 und 501 bezeichnete Kästchen enthält einen eigenen Kreuzpunkt gemäß Fig.3. und die bilaterale Übertragung wird möglich durch zwei parallel geschaltete Kreuzpunkte, von denen der Kreuzpunkt 501 in der Gegenrichtung relativ zum anderen Kreuzpunkt 500

geschallt; ist. Der Kreuzpunkt 500 bildet einen F.inweg-Strompfad von der Ader b zur Ader ö'und vor der Ader a zur Ader,?', wahrend der andere Kreuzpunkt V| einen Einweg-Strompfad in der Gegenrichtung bildet, nämlich von Ader ö'/.ur Ader bund von der Aclur ,)' zur Ader ./. Die jedem Kreuzpunkt-Element zugeordneten Stcuerschaltungen sind ebenfalls parallel geschaltet, wobei die eine Kreuzpunkt-Steuerschaltung umgekehrt zur anderen Kreuzpunkt-Steuerschaltung liegt. Diese Anordnung von Kreuzpunkten ermöglicht eine Übertragung zwischen dem Amt und der Sprechstelle ohne Rücksicht auf die Polarität der Gleichstrom-Schleifenüberwachung.

In ("ig. 6 ist ein Ausführungsbeispiel für eine Übertragungspfsd-Schaltzustandsanzeigeschaltung dargestellt, die der beschriebenen bipolaren komplementären Transistor-Kreuzpunktanordnung zugeordnet werden kann. Leuchtdioden 315 und 325. die zu den gemäß F i g. 3 in Serie mit den Kreuzpunkt-Transistoren 100 bzw. 101 geschalteten Schutzschaltungen 21)2 bzw. 205 gegen Ströme umgekehrter Polarität gehören, zeigen an, wenn das Ubertragungs-Adernpaar 105 Strom führt und der Kreuzpunkt dadurch eingeschaltet wird, daß dem anderen Ubertragungs-Adernpaar 104 Gleich-Steuerspannung zugeführt wird.

Ist der Hörer von dem Fernsprechgerät abgenommen, dann fließt Strom von der Ader b zur Ader b'und aktiviert die Leuchtdiode 315. Deren Licht fällt auf die Basis eines Fototransistors 601, dieser wird durchgeschaltet, aktiviert dadurch einen Inverter 603. und dadurch entsteht ein niedriges Signal an den UND-Gattern 609, 611 sowie eines hohes Signal (über einen Inverter 607) an UND-Gattern 610, 612. Außerdem läßt das abgenommene Fernsprechgerät Strom von Ader .?' zur Ader a fließen, wodurch die Leuchtdiode 325 aktiviert wird. Deren Licht fällt auf die Basis eines Fototransistors 604. dieser schaltet einen Inverter 606 ab, so daß ein niedriges Signal zum Eingang der Gatter 609, 612 und ein hohe·. Signal (über einen Inverter 608) /um Eingang der Gatter 610 und 611 gelangt. Das UND-Gatter 610 ist das einzige Gatter innerhalb dieser Zustands-Anzeigcsihaltung mit zwei hoehliegendcn Eingängen. Somit wird Gatter 610 eingeschaltet, und es gelang! ein niedriges Ausgangssignal auf :ine Mit »abgenommen« bezeichnete Leitung, und dadurch wird der abgenommene Zustand des beireffenden Feriisprcchgerätes angezeigt.

Dementsprechend führt bei aufgelegtem Hörer die .■j-Ader positive Spannung und die 6-Adcr negative Spannung, und Längs Spannungen können festgestellt werden durch die l.cuchtdioden 315 und 325. wobei die Anzeige durch die richtige Logik-Kombination von Fig. b erfolgt. Somit können die Elemente der Schutz- und Steuerschaltung außerdem zur Anzeige des Schaltzustandcs des Übertragungspf;ides herangezogen werden, ohne die zwischen dem Kreuzpunkt, der externen Stromversorgung und den Kreuzpunkt-Steuerschaltungen bestehende galvanische I rennung aufzuheben. Auch in dieser Beziehung bildet die erläuterte Schutz- und Steuerschaltung einen vollständigen »schwimmenden« Kreuzpunkt, und zusatzlich übermittelt die Schutz- und Steuerschaltung der Übertragungspfad-Schaltzuständsanzeigeschaltung Informationen über den Zustand der .·(- und ö-Ader und empfängt Kreuzpunki-Einschalt- und Ausschalt-Steucrinformationen von der zugehörigen Kreuzpunkt-Steuerschaltung unier Vermeidung einer direkten Verbindung zur K reuzpunkt-Steuerschaltung, zur Übertragungspfad-Schaltzustandsanzeigeschaltung oder zu irgendeiner externen Stromquelle. Diese Merkmale tragen zur Schaffung eines Kreuzpunktes bei. der Ströme und Spannungen innerhalb weiter Grenzen verarbeiten kann, ohne daß irgendwelche Effekte auf die KreuzpunktSteuerschaltung oder irgendwelche Signalkopplungf.n zwischen Kreuzpunkten im gesamten Schaltnetzv· erk auftreten.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Bipolare I ransistor-Schalteranordnung mit einem Paar von Eingangsanschlüssen und einem Paar von Ausgangsanschlüssen, einem bipolaren PNP-Transistor mit einem Emitter-Basis- und einem Kollektoranschluß, dessen Emitter mit einem der beiden Eingangsanschlüsse und dessen Kollektor über eine Diode mit einem der beiden Ausgangsanschlüsse verbunden ist, einem bipolaren NPN-Transistor mit einem Emitter-, Basis- und einem Kollektoranschluß, dessen Emitter mit den anderen der beiden Eingangsanschlüsse und dessen Kollektor über eine Diode mit dem anderen der beiden Eingangsanschlüsse verbunden ist, und mit einer Steuerschaltung, die auf ein Schaltersteuersignal zur Aktivierung der Transistoren anspricht, dadurch gekennzeichnet, daß Schutzschaltungen (201—203; 204—206) zwischen der Steuerschaltung (200) und den Basisanschlüssen der Transistoren, zwischen der Steuerschaltung und den Emitteranschlüssen der Transistoren und zwischen jedem der Ausgangsanschlüsse und den Kollektoren der Transistoren zum Schutz der Transistoren angeschlossen sind, und zwar zum Schutz gegen jegliche Überspannungen, die an den Ein- und Ausgangsanschlüssen des Transistor-Kreuzpunktes auftreten, wenn sich die Transistoren im Aus-Zustand befinden und zur Herbeiführung einer niedrigen Vorwärtsimpendanz parallel zu den Transistoren, wenn sich JO diese im Ein-Zustand befinden.

2. Schalteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschaltung eine Überbrückungsschaitung (203; 206) aufweist, die zwischen jedem Emitter der Tra üistoren (100, 101) J5 und der Steuerschaltung (200) angeschlossen ist und für alle an der Emitter-Basisstrecke des betreffenden Transistors auftretenden Durchlaßspannungen eine niedrige Impedanz darstellt.

3. Schalteranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb jeder Überbrükkungsschaltung (203,206) je ein bipolarer pnp-Transistor (311; 321) mit je einem bipolaren npn-Transistor (310; 320) zu einer parallelen Kollektorschaltung verbunden ist, bei der ferner die Emitter beider Transistor miteinander verbunden und ihre Basen an die Steuerschaltung (200) angeschlossen sind; und daß die Steuerschaltung in Abhängigkeit von dem Schaltersteuersignal, welches den zugeordneten Transistor (100; 101) sperrt, die pnp- und npn-Transistören (311,310; 321,320) der Überbrückungsschaltung (203; 206) durchschaltet.

4. Schalteranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteranordnung (106) abhängig ist von einer Vorspannung, mit dem das Eingangsanschluß-Paar (a, ^beaufschlagt ist, wobei der eine Anschluß dieses Paares das positivere Potential führt; und daß mittels einer zur Steuerschaltung (200) gehörenden Verbindungsschaltung (305) in Abhängigkeit von dem Schaltersteuersignal eine Direktverbindung zwischen den Basen der pnp- und npn-Transistoren der Überbrückungsschaltungen herstellbar ist.

5. Schalteranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsschaltung einen Fototransistor (305) enthält, der zwischen den Basen der pnp- und npn-Transistoren der beiden Überbrückungsschaltungen (203, 206) in Serie angeschlossen ist.

6. Schalteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Kollektor jedes Transistors (100, 101) und dem zugeordneten Ausgangsanschluß (b';a')'}e eine Umkehrspannungsschutzschaltung (315; 325) angeordnet ist, welche Spannungen mit umgekehrter Polarität, welche zwischen dem jeweiligen Ausgangsanschluß und dem Transistor-Kollektor auftreten, einen hohen Impedanzwert darbieten.

7. Schalteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschaltung eine Impedanzreduktionsschaltung (201; 204) aufweist, die zwischen der Steuerschaltung (200) und der Basis jedes Transistors (100, 101) angeschlossen und mit der Steuerschaltung, der zugeordneten Transistorbasis und dem zugeordneten Ausgangsanschluß (V; a') verbunden ist, um den Leitungswiderstand des zugehörigen Transistors im Durchschaltzustand zu vermindern.

8. Schalteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Paare von Eingangsanschlüssen einer ersten Anzahl solcher Schalteranordnungen (106) mit einem ersten Leitungsweg, und das Ausgangsanschlußpaar jedes dieser Anzahl von ersten Schalteranordnungen mit je einem aus einer Anzahl anderer Lsitungswege verbunden sind, und daß der erste Leitungsweg den Vertikalweg, und die Anzahl der anderen Leitungswege die Horizontalwege eines Schalternetzwerkes eines Schaltnetzwerkes bilden.

9. Schalteranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zu dem Schaltnetzwerk eine Anzahl von mit je einem bipolaren Transistorschalter versehenen Schaltersteuersignal-Generatorschaltungen gehören, von denen jede abhängig ist von dem Vertikalweg sowie den Horizontaiwegen zugeordneten Auswählpotentialen, die einen bestimmten bipolaren Transistorschalter zur Erzeugung des Schaltersteuersignals definieren, und daß die Steuerschaltung(200) des betreffenden bipolaren Transistorschalters in Abhängigkeit von dem Schaltersteuersignal diesen Transistorschalter aktiviert.

10. Schalteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster bipolarer Transistorschalter (500) mit seinen Ausgangsanschlüssen an Eingangsanschlüsse, und mit seinen eigenen Eingangsanschlüssen an Ausgangsanschlüsse eines zweiten bipolaren Transistorschalters (501) angeschlossen und durch diese Kombination eine Einrichtung zur Übertragung von Gleichstromsignalen in entgegengesetzten Richtungen gebildet ist (F ig. 5).

11. Schalteranordnung nach Ansprüche und 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Anzahl von Schalteranordnungen vorhanden ist, von denen jede einzelne gemäß Anspruch 10 mit je einer Schalteranordnung der ersten Anzahl von Schalteranordnungen kombiniert ist.